有机化学第五章----立体化学基础ppt课件

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,南京医科大学,康达学院,博学至精 明德至善,南京医科大学康达学院化学教研室 有机化学,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第五章 立体化学基础,第一节 手性分子和对映体,第二节 费歇尔投影式,第三节 旋光性,第四节 构型标记法,第五节 外消旋体,第六节 非对映体和内消旋化合物,第五章 立体化学基础第一节 手性分子和对映体 第二节,构造异构,立体异构,顺反异构,对映异构,构象,异构,同分异构,对映异构,又叫,光学异构,或,旋光异构,。它是一类与物质的旋光性质有关的立体异构,。,构造异构顺反异构同分异构 对映异构又叫光学异构,第一节 手性分子和对映体,一、手 性,观察自己的双手,左手与右手有什么联系和区别？,第一节 手性分子和对映体 一、手 性 观察自己的双手,左右手互为镜像与实物关系,(,称为,对映关系,),，彼此又不能重合的现象称为,手性,。,问题,：,脚,耳朵,螺丝钉是否具有手性,？,左右手互为镜像与实物关系(称为对映关系)，彼此又不能重合的现,二、手性分子和对映体,任何物体都有它的镜像，一个有机分子也会有它的镜像。,若实物与其镜像能够完全重合，则实物与镜像所代表的两个分子为同一个分子。,所有基团都重合,丙酸分子没有手性,二、手性分子和对映体 任何物体都有它的镜像，一个有机分子也,但有些分子如乳酸,两个互为实物与镜像关系的分子不能重合。,乳酸与其镜像不能重合,不能与其镜像重合的分子称为,手性分子,。,它们是彼此成镜像关系，又不能重合的一对立体异构体，互称为,对映异构体,。,但有些分子如乳酸,两个互为实物与镜像关系的分子不能重合。乳,它们的差别在哪里？,乳酸分子中有一个碳原子所连的四个基团,(,COOH,OH,CH,3,H),均不相同。,凡是连有,4,个不同的原子或基团的碳原子称为,手性碳原子,也可称为手性中心。,丙酸,乳酸,*,它们的差别在哪里？乳酸分子中有一个碳原子所连,乳酸,*,含有,一个手性碳原子的化合物，在空间有,2,种不同构型,它们彼此构成一对对映体。,有一个手性碳的化合物必定,是手性化合物，只有一对对映体。,乳酸*含有一个手性碳原子的化合物，在空间,问题,：,下列化合物哪些含手性碳原子,？,4.,5.,1.CH,2,Cl,2,2.CHCl,3,3.CH,3,CHClCH,2,CH,3,6.,7.,8.,问题：下列化合物哪些含手性碳原子？4.5.1.CH2Cl2,三、对称因素与非手性分子,1.,对称面,是指能将分子结构剖成互为镜像的两半的面。,有对称面的分子与它的镜像能重合，因此没有对映异构现象，称为非手性分子。,对称面,三、对称因素与非手性分子 1.对称面是指能将分子结,存在对称面的分子,存在对称面的分子,2.,对称中心,：,分子中心具有一个点，通过该点画任何一条直线，距离该直线相等距离的两端有相同的原子或基团。,通常有对称中心的分子也是非手性分子。,2.对称中心：分子中心具有一个点，通过该点画任何一,四、判断对映体的方法,1.,最直接的方法是建造一个分子及其镜像的模型。观察两者能否重合。,3.,考察分子有无,对称面、对称中心,。,2.,大多数情况下，可根据分子中是否存在,手性碳原子,(,或手性中心,),来判断分子是否有手性。,四、判断对映体的方法 1.最直接的方法是建造,问题,：,下列化合物是否存在对映异构体,？,问题：下列化合物是否存在对映异构体？,第二节 费歇尔投影式,对映异构体的结构可以用模型、透视式,(,立体结构式,),或费歇尔,(,Fischer,),投影式表示。,(,一,),三维模型,第二节 费歇尔投影式 对映异构体的结构可,(,二,),立体结构式,(二)立体结构式,(,三,),费歇尔,投影式,(,+,)-,乳 酸,写,Fischer,投影式的要点：,(1),水平线和垂直线的交叉点代表手性碳，位于纸平面上。,(2),连于手性碳的横键代表朝向纸平面前方的键。,(3),连于手性碳的竖键代表朝向纸平面后方的键。,横前,竖后,(三)费歇尔投影式(+)-乳 酸 写Fischer投影式的,(+)-,甘油醛,课堂练习,：,试根据模型写出,Fischer,投影式。,在符合“,横前竖后,”规则的前提下,亦可得到不同,Fischer,投影式。,(+)-甘油醛课堂练习：试根据模型写出Fischer投影式。,一般将主碳链放在竖直线上，把命名时编号最小的碳原子放在上端,(,主链下行,),。,按此方式得到的投影式为最,严格的,Fischer,投影式,用,D/L,法命名时必须用这种,Fischer,式。,一般将主碳链放在竖直线上，把命名时编号最小的碳原子放,酒石酸,重叠式构象,Fischer,投影式表示的都是重叠式构象。,酒石酸 重叠式构象 Fischer投影式表示的都是重叠式构象,第三节 旋光性,一、偏振光和旋光性,化合物能使偏振光的偏振面旋转的性能称为,旋光性,。,手性化合物都具有旋光性。,第三节 旋光性 一、偏振光和旋光性 化合物能使偏振,二、旋光度与比旋光度,（一）旋光度,右旋,:,(+),(+)-2-,丁醇 表示它向右旋转偏振面。,(,)-2-,丁醇 表示它向左旋转偏振面。,偏振面被旋光性化合物所旋转的角度称为旋光度,用,表示,通常用,旋光仪,测定物质的旋光性,二、旋光度与比旋光度 （一）旋光度 右旋:(+)(,（二）比旋光度,(specific rotation),为了使一个化合物的旋光度成为特征物理常数，通常用,1dm,长的旋光管，待测物质的浓度为,1g/ml,，用波长为,589nm,的钠光,(,D,线,),条件下，所测得的旋光度，称为,比旋光度,。,t:,测定时的温度,(,C),D:,钠光,D-,线波长,589nm,:,实验观察的旋光值,(),l:,旋光管的长度,(dm),C:,溶液浓度,(g/ml),(,纯液体用密度,g/cm,3,),一对对映体的比旋光度大小相等，方向相反,。,（二）比旋光度(specific rotation),例题：,将胆固醇样品,260mg,溶于,5ml,氯仿中,然后将其装满,5,厘米长的旋光管,在室温（,20,）通过偏振的钠光测得旋光度为,-2.5,计算胆固醇的比旋光度。,答：胆固醇的比旋光度为,96(,氯仿,),。,=,=,96,文献中通常用如下格式报导一个旋光性化合物的比旋光度值：,D,20,=+98.3,o,(c 0.05,CH,3,OH),例题：将胆固醇样品260mg溶于5ml氯仿中,然后将其装满,第四节 构型标记法,构型是指一个特定立体异构分子中的原子或基团在空间的排列方式。,一、,D/L,构型标记法,在无法测知化合物真实构型的情况下，,Fischer,当年人为地规定,(,)-,甘油为,D-,构型,，其对映体,(,)-,甘油醛为,L-,构型,。,D,-,L,-,(+)-,甘油醛,(,)-,甘油醛,第四节 构型标记法 构型是指一个特定立体异,H,以甘油醛为基础,通过化学方法合成其它化合物,如果与手性原子相连的键没有断裂,则仍保持甘油醛的原有构型。,D,-(+)-,甘油醛,D,-(-)-,乳酸,O,D,-(-)-,甘油酸,D-(+)-,甘油醛,H 以甘油醛为基础,通过化学方法合成其,二、,R/S,构型标记法,(1),按,次序规则,确定与手性碳相连的四个原子或基团的,优先次序,（或称为,“大小”次序,）,例如,氯溴碘甲烷,：,I Br Cl H,二、R/S 构型标记法 (1)按次序规则确定与手性,(2),将手性碳上优先次序最小的一个置于远离视线的方向,然后观察其余,3,个基团的优先次序。,顺时针方向为,R,构型；逆时针方向为,S,构型,。,R,S,R-,氯溴碘甲烷,S-,氯溴碘甲烷,(2)将手性碳上优先次序最小的一个置于远离视线的方,费歇尔投影式,:,最小基在,竖,向：,顺,时针,R,；,逆,时针,S,最小基在,横,向：,顺,时针,S,；,逆,时针,R,横，逆，,R-,型,竖，顺，,R-,型,1,2,3,Cl,CH,2,CH,3,H,H,3,C,2,1,3,确定,C,*,相连的四个原子,(,团,),的优先次序,:abcd,根据费歇尔投影式来确定,R/S,构型,费歇尔投影式:横，逆，R-型竖，顺，R-型123ClCH2C,课堂练习,：,根据,Fischer,投影式命名。,R,-(-)-,乳酸,S,-(+)-,乳酸,S,-2,3-,二氯丙醇,R,-2,3-,二氯丙醇,2,1,3,2,1,3,2S,3R-2,3-,二羟基丁醛,课堂练习：根据Fischer投影式命名。R-(-)-乳酸S-,无论是,D/L,还是,R/S,标记方法，都不能通过其标记的构型来判断,旋光方向（,+,-,）,。因为旋光方向是化合物的固有性质，而对化合物的构型标记只是人为的规定。,注意：,无论是 D/L 还是 R/S 标记方法，都不,在纸平面内旋转,180,，构型不变,1.Fischer,投影式,纸平面内旋转,180,其构型不变。,2.Fischer,投影式离开纸面,翻转,构型改变！,正确应用,Fischer,投影式,在纸平面内旋转 1.Fischer投影式纸平面内旋转180,3.Fischer,式中同一个手性碳上所连原子或基团,两两交换偶数次,，其,构型不变,。,4.Fischer,式固定一个基团不动，其他三个基团按顺时或逆时方向任意旋转，,构型不变,。,3.Fischer 式中同一个手性碳上所连原子或基团两两交,名 称,熔点,C,p,K,a,溶解度,(g/100 mL H,2,O),D-(+)-,乳酸,L-(-)-,乳酸,(,)-,乳酸,26,26,18,+3.8,-3.8,0,3.76,3.76,3.76,第五节 外消旋体,一对对映体的等量混合物称为,外消旋体,。通常用,(),或,dl,表示。,外消旋体是混合物,。,外消旋体的物理性质与单一对映体有些不同，它不具有旋光性，熔点、密度和溶解度等常有差异。但沸点与纯对映体相同。,熔点CpKa溶解度D-(+)-乳酸L-(-)-乳酸26+3,第六节 非对映体和内消旋化合物,一、非对映体,含有,n,个不相同手性碳原子的化合物,其光学异构体的数目是,2,n,个！如,2,3-,二氯丁醛有,4,个光学异构体。,(a)(b)(c)(d),非对映体具有不同的物理性质。如沸点、溶解度、旋光性等都不相同。,第六节 非对映体和内消旋化合物 一、非对映体,二,、,内消旋化合物,酒石酸分子中有,2,个相同手性碳。如果按照,2,n,规则,可有,4,个立体异构体。但实际上酒石酸分子只有,3,个立体异构体。,(a)(b)(c)(d),(a),和,(b),是对映体,(a),和,(c),是非对映体,(b),与,(c),是非对映体,2R,3R,2S,3S,2R,3S,2S,3R,二、内消旋化合物 酒石酸分子中有2个相同手性碳。如果,(c)(d),将,(d),在纸平面上旋转,180,，就和,(c),完全相同。,(c),虽然有两个手性中心,但作为分子整体来说是非手性的。,(c),称为,内,消旋化合物,。,内消旋化合物是纯净物，不具有旋光性。,(c),熔点（）,溶解度,(g/100mLH,2,O),(,)-,酒石酸,170,139.0,-12,(,)-,酒石酸,170,139.0,+12,内消旋酒石酸,140,125.0,0,()-,酒石酸,206,20.0,0,由于内消旋体的存在，酒石酸只有三种立体异构体,其数目少于按照,2,n,规则所预测的数目。,酒石酸立体异构体的物理性质,溶解度(g/100mLH2O)()-酒石酸170139,问题,：,用,Fischer,投影式写出,2,3,4-,三羟基丁醛所有的光学异构体，并指出各异构体之间的关系（对映体、非对映体或内消旋体？）,问题：用F